CN105820479A - 高强度抗压管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度抗压管，包括以下重量份的组分:PVC50~60份；增韧材料10~20份；增强材料15~25份；润滑剂1~10份；复合稳定剂8~12份；调色剂1~5份。该发明制备的PVC管材具有较高的强度和较好的韧性，从而使PVC管材能够在薄膜缠绕很多层之后不会发生弯折或者在薄膜内部断裂，延长卷芯管的使用寿命。

Description

高强度抗压管及其制备方法
技术领域
本发明涉及PVC基高分子化合物，特别涉及一种高强度抗压管及其制备方法。
背景技术
卷芯管是指用于卷曲各种薄膜、胶带或纸张等带状产品的部件，以方便对产品存放或者运输。现有的卷芯管的材质各异，一般根据所要卷曲的产品制定，分为纸质卷芯管、塑料卷芯管和金属卷芯管等。目前，使用量最大的是PVC塑料类卷芯管，相比于金属卷芯管具有质轻的优点，相比于纸质卷芯管，塑料卷芯管具有较好的强度特性。
PVC管材的主要成分是聚氯乙烯，聚氯乙烯具有耐酸、耐碱、耐腐蚀性、强度高等优点，但是PVC管材的韧性较差，当缠绕很多层薄膜时，缠绕的薄膜对卷芯管形成巨大的卷曲力，导致PVC管材向一侧弯折或者在内部发生管材断裂，最终影响所缠绕的薄膜的质量，所以，制备具有较高强度和较好韧性的PVC管材是现阶段研究者们应该考虑的问题。
目前，现有专利中申请公布号为CN102702651A的中国专利公开了一种纳米级增韧增强的PVC-M管材，其内含有纳米增强材料并利用纳米增强材料优异的高填充性，改善了PVC-M管材的增韧补强作用，显著提高了塑料的拉伸强度和弹性模量。
但是，上述专利以及现有技术中存在着这样问题：PVC管材所能达到的最大抗拉强度为45Mpa左右，如果想继续增大抗拉强度，则需要增大纳米增强材料的添加量，而增大添加量后则会导致物料在挤出机内的流动性受到影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较高强度和较好韧性且加工流动性均匀的高强度抗压管及其制备方法。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强度抗压管，包括以下重量份的组分:
通过采用上述技术方案，在PVC中加入增韧材料与增强材料，增韧材料与增强材料产生协同作用，可弥补PVC管材韧性差的缺陷，同时向PVC管材中加入润滑剂，能够保证挤出的PVC管材表面光滑，适用于用于卷曲一些高档薄膜，同时，利用复合稳定剂具有的较好的吸酸性能，能够改善PVC材料自身耐热性差的缺陷，使PVC管材在挤出过程中不会导致过多的分解，从而保证PVC管材与其他组分结合所制得的PVC管材具有优异的高强度和高韧性，从而使PVC管材能够在薄膜缠绕很多层之后不会发生弯折或者在薄膜内部断裂，制备了卷芯管用的高强度抗压管。
本发明进一步设置为：所述增韧材料选用氯化聚乙烯(CPE)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)、轻质CaCO3中至少两种。
通过采用上述技术方案，CPE为白色粉末，无毒无味，具有优良的耐候性、耐腐蚀、耐老化以及优异的韧性，甚至在-30℃仍有较好的柔韧性，与其他高分子材料具有良好的相容性，同时，CPE的加工性能较好，门尼粘度在50～100之间，具有较好的流动性；MBS是PVC的重要增韧改性剂，还能最大限度保持PVC的透明性，它与PVC两相之间是半相容的，即具有较好的界面相容性，可在混合体系内保持粒子形状完整，随着MBS含量的增加，分散的颗粒逐渐凝结起来形成海岛结构，当材料受到外力冲击时，发生形变并诱发银纹和剪切带，通过银纹和剪切带分散和吸收冲击能量，形成材料从脆性断裂向韧性断裂的转变，从而达到增韧的目的；轻质CaCO3的粒子很小，单位质量的比表面能愈大，增大了填料与聚合物基质的接触面积，从而使轻质CaCO3具有因粒子微细和链状结构而生成的物理缠结作用，又具有由于表面活性而引起的化学结合作用，在聚合物填充中表现出良好的增强增韧作用；三种物质均具有优异的增韧作用，同时MBS与轻质CaCO3也具有显著的增强作用，使制得的PVC管材具有较好韧性的同时具有一定的强度。
本发明进一步设置为：所述增强材料选用硼酸镁晶须、玻璃纤维中至少一种。
通过采用上述技术方案，硼酸镁晶须具有轻量化、高强度、高弹性模量、高硬度、耐高温、耐腐蚀及优异的电绝缘性，且无毒无污染，填充到塑料组分中时，成型流动性很好，接近于无填充的树脂，晶须可到达任意的角落，并且表面平整光洁，成型精度高，挤出的管材具有较强的稳定性；玻璃纤维具有重量轻，比强度高，耐腐蚀性、电绝缘性好，可作为增强材料填充到塑料基体中，但是它有脆性大、易断裂的缺陷，需与增韧材料相互作用产生协同作用共同增强塑料的强度与韧性。
本发明进一步设置为：所述润滑剂选用石蜡-硬脂酸钙、石蜡-硬脂酸铅中至少一种。
通过采用上述技术方案，润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的摩擦力，从而降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性，提高制品表面的光洁度；润滑剂分为内润滑剂和外润滑剂，内润滑剂的作用是降低分子间的作用力，外润滑剂是降低树脂与金属表面之间的摩擦，而石蜡-硬脂酸钙、石蜡-硬脂酸铅两种润滑剂，在PVC压延成型初期，由于加工温度低，与PVC的相容性差，主要起外润滑作用，当温度升高后，与PVC的相容性增大，转而起到内润滑的作用，所以，石蜡-硬脂酸钙和石蜡-硬脂酸铅均是优异的润滑剂，填充到PVC管材中能够使其表面光洁平整。
本发明进一步设置为：所述复合稳定剂选用二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二丁基锡中至少两种。
通过采用上述技术方案，二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡以及马来酸二丁基锡都属于有机锡类稳定剂，二月桂酸二丁基锡和二月桂酸二辛基锡具有优异的热稳定作用，无毒无害，同时具有较好的润滑性与流变性，适用于硬质透明制品；马来酸二丁基锡具有优异的耐热性和透明性，有良好的抗氧化性能，适用于软质和半硬质透明纸品；将二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡或者马来酸二丁基锡中至少两种混合在一起使用，两种稳定剂混合使用产生协同作用使热稳定性能更优异；同时，三种稳定剂都属于吸酸稳定剂，能够将熔融PVC释放的HCl进行分解，减少PVC过多的分解，从而保证PVC在与其他组分共混时的综合性能更优。
本发明进一步设置为：所述CPE、MBS的熔融指数为3～10。
通过采用上述技术方案，熔融指数是指塑料粒在一定时间(10分钟)内、一定温度与压力下，熔化成塑料流体，然后通过一个直径为2.1mm的圆管所流出的克数，选用CPE、MBS的熔融指数为3～10，熔融指数较低，表明该塑料材料的加工流动性较好，有助于与基体材料PVC的共混，有利于实现填充CPE、MBS后对PVC增韧性能上的改善，提高共混体的综合性能。
本发明进一步设置为：所述硼酸镁晶须的长度为20～50μm。
通过采用上述技术方案，选用20～50μm长度的硼酸镁晶须，微米级的硼酸镁晶须填充到基体材料中，有利于在基体材料中进行良好的分散，如果硼酸镁晶须的长度大于50μm，会导致分散不均匀或者在基体内产生应力集中导致材料的脆裂，如果硼酸镁晶须的长度小于20μm，则因长度太小使硼酸镁晶须不能很好地产生增强的作用，所以硼酸镁的晶须的长度选用20～50μm为宜。
本发明进一步设置为：所述玻璃纤维的长度为1～5mm。
通过采用上述技术方案，选用1～5mm长度的玻璃纤维，1～5mm的玻璃纤维填充到基体材料中，有利于在基体材料中较良好的分散，如果玻璃纤维的长度大于5mm，会导致分散不均匀或者在基体内产生应力集中导致材料的脆裂，如果玻璃纤维的长度小于1mm，则因长度太小使玻璃纤维不能很好地产生增强的作用，所以玻璃纤维的长度选用1～5mm为宜。
本发明进一步设置为：所述调色剂为白炭黑、碳黑中至少一种。
通过采用上述技术方案，白炭黑、碳黑是PVC管材中常用的调色剂，如果需要浅色的PVC卷芯管则可大量添加白炭黑，同时由于白炭黑粒径小，比表面积大，对其他材料的吸附力较强，还能起到一定的增强作用；如果需要深色的PVC卷芯管则可大量添加碳黑，同时由于碳黑的韧性良好，还可与其他增韧材料产生协同作用一起增加PVC卷芯管的韧性。
本发明的另一目的在于提供一种高强度抗压管的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照PVC50～60份、增韧材料10～20份、增强材料15～25份、润滑剂1～10份、复合稳定剂8～12份、调色剂0～5份称料；
(2)将步骤(1)所称的物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度为：180℃～220℃，机头温度：190℃～210℃，口模温度：180℃～200℃，转速为35～45r/min；
(3)将步骤(2)中的造粒投入到锥形双螺杆挤出机挤出成型得到高强度抗压管，挤出机机筒温度为180℃～220℃，模头温度为180℃～200℃；
(4)将所得的高强度抗压管冷却至5～10℃定型，然后进行切割、包装。
通过采用上述技术方案，称量、混料、挤出以及封装是制备该PVC卷芯管的重要步骤，混料过程中，将机头温度设置为190℃～210℃以及将转速设置为35～45r/min，是为了加快各个填料的融化速度，使它们能够更好地熔合，也使熔合更加均匀，制备的管材的综合性能更优。
综上所述，本发明具有以下有益效果：1、高强度与高韧性：添加增强材料显著增加了PVC管材的抗拉强度，添加增韧材料后，增强材料与增韧材料发生协同作用，进一步提高了PVC管材的强度，使PVC管材既具有较高的强度又具有较好的韧性，同时，添加的复合稳定剂具有较强的吸酸性能，将熔融的PVC释放的HCl进行吸收，减少PVC过多的分解，以保证增强材料和增韧材料添加到PVC中能够制备高强度抗压的PVC卷芯管；2、易加工：增韧材料所使用的CPE和MBS的熔融指数较低，熔融状态下的流动性较好，同时，添加石蜡-硬脂酸钙、石蜡-硬脂酸铅两种润滑剂能够降低物料之间的摩擦力，从而降低熔体的流动阻力，提高熔体的流动性，使该制备体系的流动性较好，有利于物料之间的相容与混合；3、产品光洁度高：在PVC熔融状态下，添加润滑剂能够增加各个组分之间的相容性，使物料之间混合更加均匀，制备的PVC管材的性能也更加优异、稳定。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
制备方法:
(1)按照PVC、增韧材料、增强材料、润滑剂、复合稳定剂、调色剂称料；
(2)将步骤(1)所称的物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度为：200℃，机头温度：200℃，口模温度：190℃，转速为40r/min；(3)将步骤(2)中的造粒投入到锥形双螺杆挤出机挤出成型得到高强度抗压管，挤出机机筒温度为200℃，模头温度为190℃；
(4)将所得的高强度抗压管冷却至8℃定型，然后进行切割、包装。
设计实施例及对比例如下表所示
检测方法：
(1)抗拉强度：按照GB1040-79塑料拉伸试验方法以及电子万能试验机进行测试；
(2)硬度：采用GB2411-80塑料邵氏硬度试验方法；
(3)抗冲击性：通过气压推动子弹，使子弹产生高速，继而推动金属杆冲击试样。通过记录实验过程中的应力-应变曲线、试样冲击后的形貌，从而分析样品的耐冲击强度。霍普金森杆包括60硅二锰和7A04A铝，本实验采用的是7A04A铝杆。压力控制在0.5Mpa，子弹的速度为19.56m/s；
(4)流动性：采用NDJ-79型旋转粘度计进行粘度测试。
抗拉强度和硬度的测试结果如下表所示
抗拉强度(Mpa) 硬度(A)
实施例一 62.69 85
实施例二 64.32 865 -->
实施例三 63.46 88
对比例一 45.68 65
对比例二 40.35 58
对比例三 35.56 48
对比例四 30.45 49
通过上表可知，实施例中的试样的抗拉强度均能达到60Mpa以上，硬度能达到85A以上，而未添加增韧材料的对比例试样抗拉强度能达到45.68Mpa，硬度为65A，未添加增强材料的试样的抗拉强度30.45Mpa，硬度为49A，增强材料仅添加一种的试样的抗拉强度为40Mpa左右，硬度为58A，可见，实施例中添加增强材料和增韧材料后产生了协同作用，能够显著增加试样的抗拉强度和硬度，使制备的PVC管材具有较高的强度和较好的韧性；同时，相比于对比例二，对比例三中未添加复合稳定剂，试样的抗拉强度为35.56Mpa，可见，复合稳定剂能够吸收熔融的PVC释放的HCl，以保证PVC与增强材料混合后有较高的抗拉强度。
抗冲击性的测试结果如下表所示
样品 冲击前形貌 冲击后形貌
实施例一 完整 深度约1mm的微坑
实施例二 完整 深度约1mm的微坑
实施例三 完整 深度约1mm的微坑
对比例一 完整 穿透
对比例二 完整 深度约3mm的微坑
对比例三 完整 深度约3mm的微坑
对比例四 完整 穿透
通过上表可知，实施例中试样经动态冲击试验后，管材表面出现深度约1mm的微坑，表明试样的抗冲击性良好，而未添加增韧材料和增强材料的试样经动态冲击后，试样表面都被穿透，增加材料仅添加一种的试样表面出现深度约3mm的微坑，可见，添加两种增强材料并且与增韧材料发生协同作用的试样具有较高的强度与韧性，能够抵抗较大的抗冲击性。
粘度的测试结果如下表所示
粘度(mpa·s)
实施例一 56
实施例二 58
实施例三 59
对比例一 65
对比例二 66
对比例三 65
对比例四 72
通过上表可知，未添加润滑剂的试样的粘度显著增大，而添加润滑剂的试样的粘度较低，流动性较好，物料混合较均匀。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种高强度抗压管，其特征在于，包括以下重量份的组分:
PVC50~60份；
增韧材料10~20份；
增强材料15~25份；
润滑剂1~10份；
复合稳定剂8~12份；
调色剂1~5份。
2.根据权利要求1所述的高强度抗压管，其特征在于：所述增韧材料选用氯化聚乙烯（CPE）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯（MBS）、轻质CaCO3中至少两种。
3.根据权利要求1所述的高强度抗压管，其特征在于：所述增强材料选用硼酸镁晶须、玻璃纤维中至少一种。
4.根据权利要求1所述的高强度抗压管，其特征在于：所述润滑剂选用石蜡-硬脂酸钙、石蜡-硬脂酸铅中至少一种。
5.根据权利要求1所述的高强度抗压管，其特征在于：所述复合稳定剂选用二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、马来酸二丁基锡中至少两种。
6.根据权利要求2所述的高强度抗压管，其特征在于：所述CPE、MBS的熔融指数为3~10。
7.根据权利要求3所述的高强度抗压管，其特征在于：所述硼酸镁晶须的长度为20~50μm。
8.根据权利要求3所述的高强度抗压管，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为1~5mm。
9.根据权利要求1所述的高强度抗压管，其特征在于：所述调色剂为白炭黑、碳黑中至少一种。
10.如权利要求1~9所述的高强度抗压管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按照PVC50~60份、增韧材料10~20份、增强材料15~25份、润滑剂1~10份、复合稳定剂8~12份、调色剂0~5份称料；
（2）将步骤（1）所称的物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融共混并造粒，挤出机机筒温度为：180℃~220℃，机头温度：190℃~210℃，口模温度：180℃~200℃，转速为35~45r/min；
（3）将步骤（2）中的造粒投入到锥形双螺杆挤出机挤出成型得到高强度抗压管，挤出机机筒温度为180℃~220℃，模头温度为180℃~200℃；
（4）将所得的高强度抗压管冷却至5~10℃定型，然后进行切割、包装。
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